一种电/热双响应变色智能窗及其制备方法

本发明属于功能器件制备，尤其涉及一种电/热双响应变色智能窗及其制备方法。

背景技术：

1、玻璃由于其采光优异和装饰美观已成为目前建筑物上必不可少的部分，与此同时随着生活水平的不断提高，人们对居住环境的舒适度和美观性的要求也在逐步提升，这使得空调及各类造型美观窗帘被大量使用，随之而来的是耗电量及纺织品用量的提升，据统计在建筑物耗能中通过玻璃窗流失的占60％，而家用纺织品也占据了纺织品消费量的23％，且消费者往往追求时尚和新颖，导致使用周期缩短从而进一步加剧了浪费，为此，开发一种具有双向智能热管理，一方面减少夏天室外环境的热量通过玻璃传递到室内；另一方面增加冬天环境的热量通过玻璃进入到寒冷的室内，从而增强房屋的保温效果，以高度满足大众审美要求且能够很好实现个人隐私保护的智能窗来减少建筑物耗能和纺织品的浪费。

2、电致变色材料可以在外部电压下显示动态可逆的光学特性，如透射率、反射率、吸收率等，宏观上表现为颜色和透明度的可逆变化。电致变色智能窗在节能减排上的应用主要体现在其能够根据环境变化和用户需求，智能调节光线和热量的透过率，从而实现建筑节能和美观的双重目的。目前市场上常见的无机电致变色窗一般采用金属氧化物沉积在导电衬底上，德国stadt sparkasse储蓄银行采用电致变色玻璃制成可调外墙后，通过调节窗户的透光性，在降低了建筑物的能耗的同时提升了隐私保护的能力，但单一的电致变色材料通常只能对特定波长下的太阳光透射率进行调节且色彩不够美观丰富，这极大地减弱了双向智能热管理的效果，与此同时很难满足大众的审美，限制了智能窗户的应用环境。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种电/热双响应变色智能窗及其制备方法，通过采用驱动电压低、可设计性高、色彩丰富的有机小分子类电致变色材料作为主体，同时引入一类温度响应时间短、响应温度(lcst)接近人体舒适温度且相转变温度可控的温敏小分子材料，最大程度地实现对可见光区太阳光透射率的选择性透过，以此来实现智能窗的双向热管理，减少建筑物的能源消耗，同时营造舒适的室内居住环境与更为丰富美观的色彩选择。

2、针对上述目的，本发明首先提供了一种电/热双响应变色智能窗，所述电/热双响应变色的智能窗为“三明治”结构，从上到下依次包括顶端导电衬底、电解质和底端导电衬底，所述电解质包括电解质盐、电致变色材料、温度响应型小分子和溶剂，所述温度响应型小分子为羟基丙烯酸酯类化合物。

3、在本发明的一种实施方式中，所述羟基丙烯酸酯类化合物包括丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸羟丁酯中的至少一种。

4、在本发明的一种实施方式中，所述温度响应型小分子占电解质体系的摩尔比为5％-25％。

5、在本发明的一种实施方式中，所述电解质盐包括氯化钾、氯化钠、氯化锂或高氯酸锂中的至少一种。

6、在本发明的一种实施方式中，所述电解质盐在电解质体系中的浓度为15-75mmol/l。

7、在本发明的一种实施方式中，所述电致变色材料包括小分子类电子变色材料，所述小分子类电致变色材料包括荧烷类，螺吡喃类、金属酞菁类和紫精衍生物类小分子电致变色材料中的至少一种。

8、在本发明的一种实施方式中，所述电致变色材料在电解质体系中的浓度为4-8mmol/l。

9、在本发明的一种实施方式中，所述溶剂包括水、甲醇和乙醇中的至少一种，溶剂对电解质体系摩尔比为75-95％。

10、在本发明的一种实施方式中，所述导电衬底包括azo玻璃、fto玻璃或ito玻璃。

11、本发明还提供了一种上述电/热双响应智能窗的制备方法，包括以下步骤：

12、(1)在室温下，将温度响应型小分子加入溶剂中，搅拌使其完全分散；

13、(2)向步骤(1)得到的溶液中加入电解质盐，超声处理20分钟，使其完全分散；

14、(3)向步骤(2)得到的混合物中加入电致变色材料，超声处理30分钟并充分搅拌，使其完全溶解得到电解质溶液；

15、(4)使用镂空的硅胶垫做为隔离物，将硅胶垫放在一个底端导电衬底的导电面上，然后将顶端导电衬底的导电面放置在硅胶垫的顶部，导电面朝下，使得两个导电衬底的导电面彼此相对，以防止导电表面接触短路；

16、(5)将电解质溶液注入到步骤(4)得到的中空器件中；

17、(6)排出溶液中的气泡以形成夹层结构，并用密封胶将器件完全封装；

18、(7)将步骤(6)得到的器件放置在恒温鼓风烘箱中，待密封胶完全干燥后，得到电/热双响应变色智能窗。

19、在本发明的一种实施方式中，所述电解质盐包括氯化钾、氯化钠、氯化锂或高氯酸锂中的至少一种，所述电解质盐在电解质体系的浓度为15-75mmol/l。

20、在本发明的一种实施方式中，所述温度响应型小分子包括丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸羟丁酯的一种或几种，所述温度响应型小分子占电解质体系的摩尔比为5％-25％。

21、在本发明的一种实施方式中，所述电致变色材料包括荧烷类，螺吡喃类、金属酞菁类和紫精衍生物类电致变色材料的一种或几种，所述电致变色材料在电解质体系中的浓度为3-8mmol/l。

22、在本发明的一种实施方式中，所述荧烷类电致变色材料包括3,6-二甲氧基荧烷、2-氯-6-(二乙氨基)荧烷、2-苯氨基-6-二丁氨基-3-甲基荧烷中的至少一种。

23、在本发明的一种实施方式中，所述紫精类电致变色材料包括紫精、甲基紫精、氰基苯基紫精中的至少一种。

24、在本发明的一种实施方式中，当温度响应型小分子为丙烯酸羟丙酯，且电致变色材料为甲基紫精时，电解质盐在电解质体系的浓度为45-75mmol/l。

25、在本发明的一种实施方式中，当温度响应型小分子为丙烯酸羟乙酯，电致变色材料为氰基苯基紫精时，所述丙烯酸羟乙酯占电解质体系的摩尔比为15％-25％。

26、在本发明的一种实施方式中，所述溶剂包括水、甲醇和乙醇中的至少一种，溶剂对电解质体系摩尔比为75-95％。

27、在本发明的一种实施方式中，所述硅胶垫的厚度为1～3mm，所述底端导电衬底和顶端导电衬底的厚度均为2mm。

28、在本发明的一种实施方式中，所述的恒温鼓风过程中，温度为60℃，时间为3小时。

29、本发明的有益效果：

30、(1)本发明提出了一种制造电/热双响应变色智能窗的策略，通过将羟基丙烯酸酯类化合物掺入到有机小分子类电致变色器件中制备出了可实现电/热双响应的变色智能窗组件，和融合有无机热致变色材料的电/热双响应器件相比，本发明的器件具有响应时间短，成本低，工艺简单且响应温度可控等优势。

31、(2)本发明掺杂的小分子类电致变色材料可实现无色到红色、绿色和蓝色等全色谱的可逆颜色变化；而加入的温度响应小分子可以达到透明与不透明的可逆转换；这使得电/热双响应变色智能窗可在四种显示状态之间可逆地切换，即无色透明，有色透明，无色不透明和有色不透明，这对于室内照明、能量收集、隐私保护和彩色显示都非常有意义。